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大型风力机变桨距电液控制研究

作　者: 戴赟
导　师: 王志新
学　校: 上海交通大学
专　业: 电机与电器
关键词: 电液比例位置伺服控制数字式伺服控制器模糊-PID复合控制前馈扰动补偿斜坡发生器变死区补偿
分类号: TM315
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 371次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,世界风电总装机容量每年以30%左右的速度高速增长。我国风电已由2005年的126万kW、2006年的260万kW,发展至2007年逾500万kW的装机容量。与此同时,风电技术也取得了巨大发展,采用变速恒频变桨距控制的大型兆瓦级风力机已成为目前并网型风电机组的主流机型。本文针对大型风力机变桨距电液比例控制技术进行理论分析、方案设计与仿真实验研究,分析设计适用于大型风力机变桨距系统的数字式电液比例位置伺服控制器及控制算法。本文基于风力机贝兹理论和叶素动量理论,分析了大型风轮叶片的受力情况;通过计算1.5MW风力机在极端运行条件下变桨所需推力,选定变桨距液压系统主要元件参数;建立了变桨距电液比例系统在风力机桨叶顺桨和开桨运行液压回路的数学模型,经Matlab/Simulink仿真,分析了在两个工作状态下系统的工作特性;设计了适用于大型风力机变桨距系统的数字式电液比例位置伺服控制器,其中控制器的节距控制器采用模糊-PID算法,并为控制器的控制放大器设计了斜坡发生器算法和变死区补偿算法,给出了PWM脉宽调制的实现方法和U/I电压电流转换电路原理图。通过加入前馈扰动补偿,可以加速系统功率控制器对扰动的响应。本文设计的数字式电液比例伺服控制器,通过Matlab/Simulink仿真,证明能比较有效的控制液压缸的活塞位置,为大型风力发电机变桨距电液比例控制器提供了一种新的设计方案。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
符号说明  11-13
第一章绪论  13-25
  1.1 世界风电发展概况  13-17
    1.1.1 世界各国风电发展  13-16
    1.1.2 中国风电发展  16-17
  1.2 风力发电机组基本结构  17-19
    1.2.1 风轮  17-18
    1.2.2 增速器  18
    1.2.3 发电机  18
    1.2.4 调速装置  18-19
    1.2.5 偏航装置  19
  1.3 风力发电技术的发展  19-23
    1.3.1 世界风力发电技术发展  19-20
    1.3.2 中国风电技术发展  20-23
  1.4 课题研究的意义及主要研究内容  23-25
第二章大型风力机变桨距控制理论  25-37
  2.1 风力机运行理论  25-32
    2.1.1 贝兹理论与风能利用系数  25-27
    2.1.2 叶素动量理论  27-30
    2.1.3 风力机叶片受力分析  30-32
  2.2 风力机变桨距控制原理  32-34
    2.2.1 定桨距与变桨距风力机  32-33
    2.2.2 变桨距控制原理  33-34
  2.3 风力机变桨距控制系统  34-36
    2.3.1 风力发电机组并网前  35
    2.3.2 风力发电机组并网后  35-36
    2.3.3 风力发电机组脱网与停机  36
  2.4 本章小结  36-37
第三章风力机变桨距电液比例控制系统  37-50
  3.1 变桨距传动装置  37-40
    3.1.1 变桨距传动装置  37-38
    3.1.2 某1.25MW 机组风力机变桨距机构  38-40
  3.2 风力机变桨距电液比例系统  40-43
  3.3 变桨距电液系统主要参数计算  43-49
    3.3.1 液压缸驱动力计算  44-48
    3.3.2 液压系统尺寸和流量计算  48-49
  3.4 本章小结  49-50
第四章变桨距液压系统建模与仿真  50-68
  4.1 顺桨过程差动液压回路仿真  50-61
    4.1.1 顺桨差动液压回路  50-51
    4.1.2 顺桨差动回路元件建模  51-56
    4.1.3 顺桨差动回路MATLAB 仿真分析  56-61
  4.2 开桨变距过程液压回路仿真  61-67
    4.2.1 开桨非对称液压回路  61
    4.2.2 开桨非对称回路元件建模  61-64
    4.2.3 开桨非对称回路MATLAB 仿真分析  64-67
  4.3 本章小结  67-68
第五章变桨距电液比例位置伺服控制  68-96
  5.1 电液位置伺服控制系统概述  68-70
  5.2 变桨距电液比例位置伺服系统数字控制器设计  70-88
    5.2.1 节距控制器设计  71-76
    5.2.2 前馈控制器设计  76-78
    5.2.3 控制放大器设计  78-88
  5.3 数字式电液比例伺服控制器程序结构  88-90
  5.4 控制器仿真  90-95
  5.5 本章小结  95-96
第六章总结  96-98
  6.1 本文研究工作总结  96-97
  6.2 课题展望  97-98
参考文献  98-101
附录  101-104
  附录一 MOOG 数字化伺服阀原理图及结构图  101-102
  附录二 4WREEM 比例电磁阀辐频响应特性曲线  102-103
  附录三 4WREEM 比例电磁阀集成控制器框图和引脚定义  103-104
致谢  104-105
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  105

大型风力机变桨距电液控制研究

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